Buggfix Plus
Aktuellt datum och tid: 09.57 2019-09-19

Alla tidsangivelser är UTC + 1 timme




Svara på tråd  [ 16 inlägg ]  Gå till sida 1, 2  Nästa
Författare Meddelande
InläggPostat: 13.30 2019-02-21 

Blev medlem: 20.20 2012-08-13
Inlägg: 110
Ort: Vännäs
Jag har beslutat mig för att göra en nystart av mitt gamla raketprojekt, skillnaden den här gången är att jag redan besitter en mängd kunskaper från misslyckade och lyckade konstruktioner. Vidare så är den avsatta budgeten mångfaldigt högre denna gång, så det blir inga dumma försök till att spara några tusenlappar här och där. Dessa ”genvägar” ledde ofta till bristande kvalitet, säkerhet eller att helt/delvis oprövade system monterades i raketen och testades första gången när raketen lämnade uppskjutningsrampen.

Raketdelen av min verksamhet har legat i dvala sedan förra uppskjutningen av en Lyfta-XS raket vilket skedde i februari 2016. Denna uppskjutning gick perfekt om man bortser från en något instabil flygbana men den faktiska uppnådda höjden hamnade ändå på 91% av den simulerade höjden. Med detta sagt så har jag redan en fungerande raketplattform att bygga vidare på. Första steget i denna återupplivningsprocess av projektet blir att bygga en något modifierad version av en Lyfta-XS raket för att senare gå upp i storlek och bygga nästa modell i Lyfta-familjen nämligen en Lyfta-S raket.


Men innan jag går in i detalj på vilka modifieringar som kommer göras på den modifierade Lyfta-XS raketen eller vilken kapacitet en raket av Lyfta-S modell kommer att ha så tänkte jag som snabbast gå igenom lite generella problem och beräkningar som är applicerbara på alla raketer oavsett storlek.


Den officiella gränsen till rymden har man dragit vid 100km även kallat Karmanlinjen. Suborbitala sondraketer som exempelvis Rexus och Maxus når upp till denna höjd men i och med att den horisontella hastigheten är i princip noll vilket är väldigt långt ifrån de 7.5km/s som krävs för att lägga sig i omloppsbana runt jorden så faller raketerna och nyttolasten tillbaka mot jorden. Maxus raketen har dock i teorin kapacitet att tillsammans med ytterligare raketsteg nå både höjden och den horisontella hastigheten som krävs för att placera en liten satellit i omloppsbana.

Den energi som krävs för att nå Karmanlinjen (rakt upp) är ungefär:
Pe=m*g*h
m är massa, g är tyngdacceleration och h är höjd, så för att nå 100km med 2 kg krävs:
2*9.81*100000m = 1962000 J.

Om vi vidare räknar på att 7.5km/s är den hastighet som krävs för att lägga sig i omloppsbana samt adderar energin som behövs för att nå 100km får vi fram att den totala potentiella energin som kärvs för att placera 2kg i omloppsbana blir således 58212000 J. Vi kan även snabbt konstatera (58212000/1962000) att det krävs cirka 30ggr mer potentiell energi att placera objektet i omloppsbana än att bara nå rymden/Karmanlinjen.
Ke=0.5*m*v^2
0.5*2*7500^2=56250000 J.
56250000 + 1962000 = 58212000 J


Massfraktion
Massfraktion är förhållandet mellan drivmedel och tomvikt. Tillexempel har 1L-vattenflaskan på mitt skrivbord en massfraktion på ca 35:1. Det vill säga när flaskan är full väger den 35ggr mer än vad den väger tom. Detta förhållande är väldigt viktigt och måste hållas högt. Exempelvis så har ESAs Vega raket som använder fastdrivmedel en massfraktion på cirka 12:1 medan SpaceX Falcon 9 som använder flytande drivmedel ligger på cirka 25:1. Raketer som använder fastdrivmedel kommer alltid ha sämre massfraktion då hela raketstegen utgörs av en enda stor förbränningskammare som måste klara motorn arbetstryck. Medan i raketsteg som använder flytandedrivmedel och turbopump är tankarna tunnväggiga och tomvikten blir således mindre. Detta förhållande är dock svårt att hålla högt när man arbetar med mindre raketer, exempelvis så ligger massfraktionen på en modifierad Lyfta-XS kring 1.4:1.

Motorprestanda
Raketmotorer har tre generella prestandaparametrar där främst en av dessa är av stor vikt (ISP).
ISP anges vanligtvis i sekunder. Exempelvis, en motor med en dragkraft på 250kgf som har en drivmedelsförbrukning på 1.2kg/s ger en ISP på 208. Raketer med kapacitet att placera ett objekt i omloppsbana har haft raketmotorer varierande i ISP från 220 (stora fastbränslemotorer) till 450 (LOX/ H2 SSME), LOX/RP1 motorerna ligger runt 300 till 330. Dom två andra parametrarna är brinntid samt dragkraft i förhållande till motorns vikt. Dessa två är av mindre betydelse, dragkraft/viktförhållandet räknas in i hela raketens massfraktion mellan full/tom och brinntid är generellt endast ett bekymmer vid fastbränslemotorer.

Styrning
Raketen måste kunna styra åt det håll man vill att den ska flyga. Man måste också övertyga Transportstyrelsen om att man har kontroll över raketen så att den inte utgör en fara för allmänheten. Eftersom att kommersiellt tillgängliga simulatorer samt att min egenutvecklade simulator blir allt bättre så blir det lättare att testa den här delen utan att krascha ett antal raketer först. För att veta orienteringen på raketen kombinerar jag accelerometer och gryodata med ett kalmanfilter. Därefter försöker jag hålla nosen rakt upp med hjälp av 4st styrmotorer som sitter monterade i raketens övre del. För enkelhetens skull är dessa motorer av enkomponentstyp vilket innebär att man använder endast ett drivmedel utan förbränning som katalyseras över en silverkatalysator för att generera heta gaser.

Avslutningsvis Tsiolkovskijs raketekvation
ΔV = ln (M0/M1)*ISP*g
M0 = startmassan, dvs. allt inklusive övre steg och drivmedel
M1 = slutmassa, tomvikt.
ISP = Motors specifika impuls. (förbättras med höjden)
G = 9.8 m/s jordens tyngdacceleration

Man beräkna ΔV för varje steg i raketen, massan för de övre stegen måste inkluderas i både start och slutmassan för de undre stegen. När samtliga steg är beräknade adderar man ihop siffrorna. Om summan är större än 9000m/s så har man chans att nå omloppsbana. Detta beror på att man behöver kring 1.3–1.8 km/s extra i ΔV för att kompensera mot gravitation och luftmotstånd annars skulle 7500m/s räckt.


Nya drivmedelsval för raketfamiljen Lyfta
Kraven när jag valde drivmedel var att dessa skulle vara lagringsbara samt flytande under ett temperaturområde på -10°C till +60°C utan något tryckkärl samt hypergoliska. Som oxidationsmedel hade jag då kvar Salpetersyra samt Väteperoxid(HTP). Då jag redan har flera års erfarenhet samt gått utbildning för hantering av HTP var valet enkelt. Nästa steg var att hitta ett bränsle som självantänder i kontakt med HTP. Två kända och tillgängliga alternativ som uppfyllde mina krav var: Osymmetrisk dimetylhydrazin och Monometylhydrazin. Det stora problemet med dessa två ämnen är dess toxicitet men även prisbild är något hög. Ett annat ämne som jag började snegla på för några år sedan var Morfolin i kombination med 0.5% Koppar(II)klorid som självantänder tillräckligt snabbt med HTP för att användas i en raketmotor. Problemet med Morfolin är att ämnet fryser redan vid -5°C samt att det inte har lika hög prestanda som hydrazinderivaten. Detta har fått mig att de senaste månaderna laborera med blandningar av olika aminer där jag kommit fram till att en blandning av Trietylamin(42%)/Morfolin(58%) uppfyller samtliga krav jag ställt på bränslet. Det går givetvis att önska sig mer prestanda men om man kollar på tillgänglighet, pålitlighet och prisbild är det en vinnare.


Tabellen visar den specifika impulsen för olika drivmedelskombinationer vid havsytan och 15bars förbränningstryck
Bild


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 13.43 2019-02-21 
Användarvisningsbild

Blev medlem: 18.06 2010-05-17
Inlägg: 8959
Ort: Växjö/Alvesta
Har inte mycket att tillföra mer än att

Woho, du är tillbaka med dina spännande raketprojekt! :bravo: :wave:


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 14.24 2019-02-21 
Användarvisningsbild

Blev medlem: 18.10 2009-11-20
Inlägg: 524
Ort: Umeå
:tumupp:


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 05.28 2019-02-22 
Användarvisningsbild

Blev medlem: 04.51 2005-11-23
Inlägg: 3001
Kvalitetsprojekt ,vi har fått trösta oss med en snubbe på flashback som skall skjuta upp en hamster med fastbränsleraket - betydligt amatörmässigare ton :mrgreen:


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 06.54 2019-02-22 

Blev medlem: 09.35 2015-08-30
Inlägg: 92
:bravo:


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 07.09 2019-02-22 
EF Sponsor
Användarvisningsbild

Blev medlem: 22.54 2006-09-23
Inlägg: 31990
Ort: Borås
Dags med ett nytt försök med en Reliantfärja kanske :D


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 11.30 2019-03-01 

Blev medlem: 20.20 2012-08-13
Inlägg: 110
Ort: Vännäs
I veckan uppnådde jag den första stabila förbränningen med min nya drivmedelkombination (HTP/Trietylamin/Morfolin). Förbränningstrycket hölls lågt på 8bar och motorn levererade en dragkraft på 790 newton. Under kommande vecka har jag planerat att genomföra en rad olika tester med motorn där trycket successivt ska höjas mellan varje test tills förbränningstrycket ligger på det designade arbetstrycket vilket är 15bar. Då jag kör motorn utan någon form av kylning så håller jag nere temperaturen genom att köra den väldigt bränslerikt. Detta slår dock hårt mot den specifika impulsen så nästa steg är att successivt närma mig det optimala blandningsförhållandet tills motorn smälter och därefter backa några snäpp. Nästa motor till den något större raketen kommer kylas med hjälp av en tunn bränslefilm på insidan av förbränningskammaren.

När jag känner att framdrivningsbiten av raketen börjar bli stabil så är nästa steg att uppdatera elektroniken samt konstruktion av fallskärmen och övriga system som ska få raketen tillbaka med så få skador som möjligt efter en uppskjutning. Den modifierade Lyfta-XS raketen som till stora delar bygger på mitt tidigare projekt kommer inte använda sig av någon form av aktiv styrning utan den kommer vara helt passivt stabiliserad. Ett reaktionskontrollsystem kommer dock sitta monterar i raketen men inte användas, detta för att samla data samt verifiera att mjukvaran till systemet fungerar korrekt.


Veckans första lyckade motortest:
Bild


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 12.23 2019-03-01 

Blev medlem: 14.43 2005-04-20
Inlägg: 5345
Imponerande. :tumupp:

Skissartade principritningar vore inte fel för att få en liten överblick av bygget.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 16.43 2019-06-13 

Blev medlem: 20.20 2012-08-13
Inlägg: 110
Ort: Vännäs
Sedan olyckan i mars vid test av en raketmotor (Film på testet) har jag inte gjort några större framsteg med detta projekt. Programmeringen till raketens nya styrsystem har jag arbetat en del med vilket bland annat inkluderar aktiv stabilisering där används både gyroskop samt accelerometrar för att räkna ut hur mycket raketen lutar för att sedan kunna vinkla raketmotorn med hjälp av servomotorer för att bibehålla banan rakt upp. All information som styrsystemet samlar in ex: (lufttryck, höjd, position, lutning, acceleration, olika temperaturgivare) skickas trådlöst ner till marken där man även har möjligheten att avbryta raketfärden genom att stänga av motorn vilket innebär att raketen senare utvecklar sin fallskärm när den börjar falla ner mot marken.



Utskrivning av översta delen av noskonen:
Bild

Syntetisering av Fenylhydrazin (betydligt snabbare hypergoliska egenskaper med detta som drivmedel):
Bild

Framställning av Koppar(II)klorid för användning i drivmedel som inte har hypergoliska egenskaper med väteperoxid.
Bild
Bild

Utöver mitt raketprojekt har jag kommit i kontakt med en raketgrupp från ett universitet i Nederländerna som jag ska hjälpa med nödvändiga tillstånd för att skjuta upp en raket i Sverige. Mer information om detta kommer senare.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 17.08 2019-06-13 
Tidigare soundbrigade
Användarvisningsbild

Blev medlem: 21.44 2006-08-23
Inlägg: 20262
Ort: Vänersborg
Hur mycket ska du ha för att skjuta iväg den här tjommen??? https://en.wikipedia.org/wiki/Mike_Hughes_(daredevil)

Jag har sett dina trådar men lämnat det därhän, men efter studier på Utuben (om platta jorden) måste jag bara kolla vad du sysslar med?


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 17.40 2019-06-13 

Blev medlem: 21.14 2010-09-14
Inlägg: 1260
Ort: Lund, Skåne :-)
Trevligt att du är tillbaks :) Keep up the good work and be safe!


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 19.30 2019-06-13 

Blev medlem: 09.35 2015-08-30
Inlägg: 92
:tumupp:


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 20.51 2019-06-13 
EF Sponsor

Blev medlem: 13.21 2003-06-02
Inlägg: 19626
Ort: Östergötland
Blir du före space-x med grönt raketbränsle? :)

SpaceX blir först med att testa gröna raketbränslet


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 06.35 2019-06-14 

Blev medlem: 07.54 2007-03-07
Inlägg: 834
Ort: Skellefteå
Kul att du är igång igen!
Du har förmodligen redan sett detta, men jag såg i senaste make magazine om ett "thrust vector control"-kit som bara säljs i USA för fastbränslemotorer för att vinkla motorn under drift.
Målsättningen verkar vara att landa med raktetbroms.

https://bps.space/signal


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 08.41 2019-06-14 
Tidigare soundbrigade
Användarvisningsbild

Blev medlem: 21.44 2006-08-23
Inlägg: 20262
Ort: Vänersborg
Citera:
... azine om ett "thrust vector control"-kit som bara säljs i USA för fastbränsle...


Hustrun kommer hem i slutet av augusti och skulle kunna ta hem ett kit. :wink:


Upp
 Profil  
 
Visa inlägg nyare än:  Sortera efter  
Svara på tråd  [ 16 inlägg ]  Gå till sida 1, 2  Nästa

Alla tidsangivelser är UTC + 1 timme


Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: Sunken, sYph och 5 gäster


Du kan inte skapa nya trådar i denna kategori
Du kan inte svara på trådar i denna kategori
Du kan inte redigera dina inlägg i denna kategori
Du kan inte ta bort dina inlägg i denna kategori
Du kan inte bifoga filer i denna kategori

Sök efter:
Hoppa till:  
   
Drivs av phpBB® Forum Software © phpBB Group
Swedish translation by Peetra & phpBB Sweden © 2006-2010